雷电与雷电灾害防御.doc

雷电灾害及其防御 引言在日常生活中雷电是我们比较常见的天气想象之一，即雷电是发生在大气层中的气象现象。“雷电”自然现象：雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观又令人生畏的放电现象。在雷雨云之间发生的雷电称为云际闪，发生在雷雨云与大地之间的雷电称为云地闪或地闪。地闪对地面建筑物的直击一般称为直击雷，其定义是：雷电直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。直击雷是云层与地面凸出物之间的放电形成的。直击雷可在瞬间击伤击毙人畜。巨大的雷电流流入地下，令在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接导致接触电压或跨步电压的触电事故。另外，直击雷的巨大的雷电流通过被雷击物，在极短的时间内转换成大量的热能，造成易燃物品的燃烧或造成金属熔化飞溅而引起火灾。雷电现象为：雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪电通道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。 带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。危害在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等物理效应，使其在瞬间产生巨大的破坏作用，因此雷电常常造成人员伤亡，击毁建筑物、供配电系统、通信设备，引起森林火灾，造成计算机信息系统中断、仓储、炼油厂、油田等燃烧甚至爆炸，危害人民财产和人身安全，对航空航天等运载工具也威胁很大。雷电灾害已被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害”之一，被中国电工委员会称为“电子时代的一大公害”。随着中国社会经济的发展和现代化水平的提高，特别是由于信息技术的快雷电是伴随着强对流天气过程发生的一种灾害性天气现象。雷电以其强大的电流、炙热速发展，雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响越来越大。党中央、国务院十分重视防雷减灾工作，2006年，国务院下发关于进一步做好防雷减灾工作的通知，对防雷减灾工作提出明确要求。防雷减灾责任重大，意义重大。长期以来雷电一直以直击雷的形式给人类及地球上的生物及人类文明带来灾难性的打击，例如，我国江西省是雷电多发地区，年平均雷暴日数为4283天，据不完全统计，每年因雷击伤亡人数达一百多人，损坏变压器、家电、通讯设备、网络设备上千台，并造成建筑物被毁、火灾事故以及部分地区停电、停水、信息网络瘫痪、通信中断，经济损失近亿元。2006年，江西共发生雷击事故678起，因雷击死亡87人。闪电的受害者有23以上是在户外受到袭击。他们每3个人中有两个幸存。在闪电击死的人中，85%是女性，年龄大都在10岁至35岁之间。死者以在树下避雷雨的最多。苏利文也许是遭闪电袭击的冠军。他是退休的森林管理员，曾被闪电击中7次。闪电曾经烫焦他的眉毛，烧着他的头发，灼伤他的肩膀，扯走他的鞋子，甚至把他抛到汽车外面。他轻描淡写地说：“闪电总是有办法找到我。” 雷电对人体的伤害，有电流的直接作用和超压或动力作用，以及高温作用。当人遭受雷电击的一瞬间，电流迅速通过人体，重者可导致心跳、呼吸停止，脑组织缺氧而死亡。另外，雷击时产生的是火花，也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。雷电击伤，亦可使人体出现树枝状雷击纹，表皮剥脱，皮内出血，也能造成耳鼓膜或内脏破裂等。 虽然雷电作为一种自然现象，其发生是不可避免的，但通过采取有效的措施可以避免或减轻其所造成的灾害损失。在按规范安装防雷设施并定期进行检测的基础上，普及防雷知识，提高全社会防雷减灾意识，是避免或减轻雷电灾害的重要措施，具有十分重要的意义。闪电的最常见形状是线状闪电，偶尔也可出现带状、球状、联珠状、枝状、箭状闪电等等。线状闪电可在云内、云与云间、云与地面间产生，其中云内、云与云间闪电占大部分，而云与地面间的闪电仅占六分之一，但其对人类危害最大。根据从云到地之间下传的电荷的极性，云地闪可分为正闪和负闪，一般情况，以负闪居多。雷电活动从季节来讲以夏季最活跃，冬季最少，从地区分布来讲是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。 评价某一地区雷电活动的强弱，通常使用 “雷暴日” ，即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来表示该地区的雷电活动强弱，雷电日的天数越多，表示该地区雷电活动越强，反之则越弱。我国平均雷暴日的分布，大致可以划分为四个区域，西北地区一般15日以下；长江以北大部分地区（包括东北）平均雷暴日在1540日之间；长江以南地区平均雷暴日达40日以上；北纬23以南地区平均雷暴日达80日。广东的雷州半岛地区及海南省，是我国雷电活动最剧烈的地区，年平均雷暴日高达120-130日。总的来说，我国是雷电活动很强的国家。 在关于我们对雷电的认识过程中雷风筝捕捉雷电实验是一个里程碑，这个实验让我们认识到了雷电的本质，实验的过程为，在年的月，闷热的夏季到来了，天空经常阴云密布，雷雨交集，望着变幻莫测的天空，富兰克林陷入了苦苦的思索。忽然，他想起了儿时放的那只蓝色的大风筝，蓦地，一个大胆的想法闯人了他的脑际：借助一只普通的风筝就可以便利地进入带雷的云区，从而完成他期待已久的实验。于是，他立即与岁的儿子威廉一起动手，精心制作了一只大风筝两根木条拼装成风筝十字形的骨架，上面蒙上一块丝绸，便形成了它的身躯和两翼。然后，他们在风筝的上端固定了一根尖头的金属丝，在风筝的末端绑上一把金属钥匙。一天，天色阴沉，电闪雷鸣，富兰克林和威廉把风筝升人天空。时间一分一秒地过去了，父子俩焦急地观察着，却没有发现任何带电的迹象。忽然，一团乌云飘来，富兰克林猛然间发现：风筝线尾端的麻绳纤维相互排斥地耸立起来，就像悬垂在普通的导体上一样。他感到一阵狂喜，下意识地伸手指向钥匙，结果受到了强烈的电震。大雨很快自天而降，当雨水打湿了麻绳时，他看到了美丽异常的电火花。实验成功了，人类可以自豪地宣布：闪电与电是同一物质。富兰克林高兴得难以自持。但为了进一步研究整理这一研究成果，让这一消息发表在自己的报纸上，富兰克林父子把这一秘密一直保持到了月份。月日，富兰克林关于风筝实验的第一篇报道在宾夕法尼亚报上发表了。在雷电引起的对人类的伤害中雷电接触电压为其中之一即为：闪电沿大树或金属架空物或避雷针引下线入地时,都会使流经的途径产生电位降,这是由欧姆定律所决定的.因此这些物体的各部位相对于大地均有瞬时的高电压，其值决定于闪电电流和这些部位与大地之间的电阻。当人的手或身体任何部位与它们接触时，身体的接触点与站在地面上的双脚之间就有高电压，这个电压就称为接触电压。雷击点雷电流流向地面 雷电接触电压引起的伤亡原理图 而雷电跨步电压即为：在闪电已流入地下时，闪电在地表之下流动时，大地的电阻同样要产生电位降，闪电入地点的电位最高（如果雷电流是正的），远处雷电流几乎为0的这些地方，电位最低，即工程上所谓的零电位。人的两腿分开站着，两脚之间就有电这种电压也可以产生雷击，甚至可以致命。所谓的跨步电压是指地面相距0.8m两点间的电压。雷击点U1U2雷电跨步电压引起的伤亡原理图 雷电灾害防御的原理（一）为服务对象系统的可控性，计从科学角度来看，防雷减灾服务同其他服务一样就被如下基础，才能生成经济效益：服务对象可控性；气象对该服务对象系统的制约关系具有可测性；相关气象因子本身也具有可测性。因具备了服务对象系统的气象可控性，既具备了基本条件。总结各行各业的气象控制实践活动，可将气象控制活动概括为五种类型，结合防雷健在的实际描述如下：1，气象环境调制型2.气象环境影响型3.气象环境择优型4.气象影响控制性5.综合型。 雷电灾害防御的原理（二）为现代防雷基本原理，及目前国内外防雷界对现代防雷基本原理比较一致的看法是:现代防雷技术基本上由外部防雷、内部防雷和电涌保护三个部分组成：1.外部防雷。及外部防雷装置承接50%以上的雷电泄入大地，如同防洪中的主河道。2.内部防雷。采用等电位连接、屏蔽和防闪络技术，如同防洪中利用湖泊平衡水位，再堤坝上打桩防止管涌等技术。3.电涌保护。利用某些元件的非线性特征，组成电涌保护器（SPD）并将其连接在配电和信号线路中，将雷击产生的过电压和过电流通过SPD泄入地中，如同防洪中设置的分洪区一样。代防雷技术原则强调全方位防护，综合治理，层层设防，把防雷看做是一个系统工程，主要采取以下五个防雷措施。（1）搭接，或称为“均衡连接”、“等电位连接”。就是把各种金属物用粗的铜导线焊接起来，或把它们直接焊接起来，以保证等电位。等电位连接是防雷措施中极为关键的一项。对于一座楼房讲，要从楼顶上开始，逐层地做起，现代的高楼顶上有各种金属物，包括各种天线、灯架、广告牌、装饰物等等，都要与避雷针等接闪器连接，达到等电位。以下各楼层也得如此，每层楼内处于同一电位，则楼内行走的人就不会有危险了，不论这些金属物电位升得多高，犹如站在高压输电线上的小鸟一样，无触电之忧。同时，完善的等电位连接，也可以消除因地电压骤然升高而产生的“反击”现象，这在微波站天线塔遭到雷击后是常常遇到的。（2）传导，即为避雷针的装置。避雷针就是一个接地的金属装置，高端比建筑物顶端更高，吸引闪电，把闪电的强大电流传导到大地中去，从而防止闪电电流经过建筑物。避雷针虽然能够保护建筑物，但引导入地的导线流有巨大电流，会产生电磁场，也可能损害设备。所以该措施必须与其他防雷措施联合起来，才是完全之策。（3）分流。把凡是从室外来的导线（包括电力电源线、电话线、信号线或者这类电缆的金属外套等）都要并联一种避雷器至接地线。不仅入户处，在每个需要作防雷保护的仪器设备的机壳处都要装。作用是把沿着导线传入的雷电波在避雷器处经避雷器分流入地，也就是类似把雷电流的所有的入侵通道堵截了，而且不只一级堵截，可以多节堵截。（4）接地。前面三个措施，都涉及到闪电能量泄放入地，所以接地是前面三个措施的基础，接地的妥当与否，成为历来防雷技术中特别受重视的项目，它又是最费工、费钱、费力的防雷措施，是防雷工程的重点和难点。（5）屏蔽。就是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，从物理上说，就是把闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来，力求“无隙可钻”。各种屏蔽都必须妥善接地，所以这五项措施是一个有机联系的整体防卫体系，全面措施才能达到万无一失的效果。 方法 除了以上对建筑物等固定地方的防护外，人类自身的防护也是非常重要的，预防雷电措施具体应做到： 1.留在室内，并好门窗；在室外工作的人应躲入建筑物内。 2.不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电视、音响等电器，不宜使用水龙头。 3.切勿接触天线、水管、铁丝网、金属门窗、建筑物外墙，远离电线等带电设备或其他类似金属装置。 4.减少使用电话和手提电话。 5.切勿游泳或从事其他水上运动或活动，不宜进行室外球类运动，离开水面以及其他空旷的场地，寻找地方躲避。 6.切勿站立于山顶、楼顶上或接近导电性高的物体。 7.切勿处理开口容器盛载的易燃物品。 8.在旷野无法躲入有防雷设施的建筑物内时，应远离树木和桅杆。 9.在空旷场地不宜打伞，不宜把锄头、铁锹、羽毛球拍、高尔夫球等扛在肩上。 10.不宜进入无防雷设施的临时棚屋、岗亭等低矮建筑。 11.不宜开摩托车、骑自行车。在我们正确认识雷电并做好预防和保护措施之后，我们也要知道雷电并不是只有害处，虽然全球每年有不少人、畜在雷电下丧生，一些建筑物、设备被毁坏，然而，雷电也有其益于人类之处。一，是在生命起源的早期过程中，雷电曾扮演过重要角色，具有不可磨灭的功劳。生命起源的化学演化说认为，早期的地球冷却后，火山喷发出的大量气体，如氢、氮、甲烷、氨、一氧化碳、二氧化碳和水汽等，在紫外线、宇宙空间辐射以及早期地球上雷雨闪电的作用下，原始大气中生成了一些前所未有的有机化合物，并由雨水带进海洋。含有有机物的海水在亿万年的深化中逐渐合成了蛋白质、核酸等复杂的高分子物质，最后，具有自我复制和繁殖能力的原始生命体终于产生了。早在1952年，这一理论就已被美国科学家通过实验所证实。 二，是在人类进化史上，正是雷击森林起火，启发了人类学会用火。森林中被火烧死的动物躯体，远比活剥生吞来得有滋味，富于营养。这使远古人学会了吃熟食，促进了人体的发育及大脑的发展。雷电带来的火使人类在进化史上跨进了一大步。 三，是在农业上，雷电具有多方面功劳：雷雨在生长季节会给农作物带来充足雨水。雷电会使空气中的氧和氮电离并化合成一氧化氮和二氧化氮。它们被雨水溶解，落地后与土壤中的矿物质化合成易被植物吸收的氮肥。人们发现，在常受雷电打击的高压电线附近土壤中氮肥充足，作物生长茂盛，这正是闪电在空中高温制肥的功效。有人估计，每年因雷电落到地面的氮素约有4亿吨。雷电还可引起地面和高空之间的电位差，这个电位差越大，植物光合作用和呼吸作用就越强烈。据研究，雷雨后12天内植物的生长和新陈代谢特别旺盛。如果在作物的生长期内有56次雷电，农作物成熟期将提前一周左右